Les exigences de conception d'une usine de production d'alkylglycosides basées sur la synthèse de Fisher dépendent en grande partie du type de glucide utilisé et de la longueur de la chaîne de l'alcool utilisé. La production d'alkylglycosides hydrosolubles à base d'octanol/décanol et de dodécanol/tétradécanol a été introduite pour la première fois . Les alkylpolyglycosides qui, pour un DP donné, sont insolubles dans l'eau du fait de l'alcool utilisé (nombre d'atomes de C dans la chaîne alkyle ≥16) sont traités séparément.
Dans les conditions de synthèse d'alkyl polyglucoside catalysée par l'acide, des produits secondaires tels que l'éther de polyglucose et des impuretés colorées sont générés. Le polyglucose est une substance amorphe formée par polymérisation du glycosyle au cours du processus de synthèse. Le type et la concentration de la réaction secondaire dépendent des paramètres du processus. , tels que la température, la pression, le temps de réaction, le catalyseur, etc. L'un des problèmes résolus par le développement de la production industrielle de polyglycosides d'alkyle ces dernières années est de minimiser la formation de produits secondaires liés à la synthèse.
En général, les glycosides d'alkyle à base d'alcool à chaîne courte (C8/10-OH) et à faible DP (surdose d'alcool importante) présentent le moins de problèmes de production. En phase réactionnelle, avec l’augmentation de l’excès d’alcool, la production de produits secondaires diminue. Il réduit le stress thermique et élimine l'excès d'alcool lors de la formation des produits de pyrolyse.
La glycosidation de Fisher peut être décrite comme un processus dans lequel le glucose réagit relativement rapidement dans la première étape et l'équilibre des oligomères est atteint. Cette étape est suivie par une lente dégradation des glycosides d'alkyle. Le processus de dégradation implique des étapes telles que la désalkylation et la polymérisation, qui, à des concentrations accrues, forme de manière irréversible un polyglucose thermodynamiquement plus stable. Le mélange réactionnel dépassant le temps de réaction optimal est appelé réaction excessive. Si la réaction est terminée prématurément, le mélange réactionnel résultant contient de grandes quantités de glucose résiduel.
La perte de substances actives d'alkylglucoside dans le mélange réactionnel est en bonne relation avec la formation de polyglucose. En cas de réaction excessive, le mélange réactionnel redevient progressivement polyphasé grâce à la précipitation du polyglucose. Par conséquent, la qualité du produit et le rendement du produit sont sérieusement affectés par le moment de la fin de la réaction. En commençant par le glucose solide, les glycosides d'alkyle dans les produits secondaires sont en teneur plus faible, permettant aux autres composants polaires (polyglucose) et aux glucides restants d'être filtrés du mélange réactif qui n'a jamais complètement réagi.
Dans le procédé optimisé, la concentration en produit d'éthérification est relativement faible (en fonction de la température de réaction, de la durée, du type de catalyseur et de la concentration, etc.).
La figure 4 montre le déroulement typique d'une réaction directe du dextrose et de l'alcool gras (C12/14-OH).

La température et la pression des paramètres de réaction sont étroitement liées les unes aux autres dans la réaction de glycation de Fischer. Afin de produire des polyglycosides d'alkyle avec de faibles produits secondaires, la pression et la température doivent être adaptées l'une à l'autre et strictement contrôlées.
Polyglycosides d'alkyle faibles en produits secondaires provoqués par de basses températures de réaction (<100 ℃) dans l'acétalisation. Cependant, les basses températures entraînent des temps de réaction relativement longs (en fonction de la longueur de la chaîne de l'alcool) et de faibles rendements spécifiques du réacteur. Des températures de réaction relativement élevées (> 100 ℃, généralement 110-120 ℃) ​​peuvent entraîner des changements de couleur des glucides. En éliminant les produits de réaction à bas point d’ébullition (eau dans la synthèse directe, alcools à chaîne courte dans le processus de transacétalisation) du mélange réactionnel, l’équilibre d’acétalisation est déplacé du côté des produits. Si une quantité d'eau relativement importante est produite par unité de temps, par exemple en raison de températures de réaction élevées, il faut prévoir une élimination efficace de cette eau du mélange réactionnel. Cela minimise les réactions secondaires (notamment la formation de polydextrose) qui ont lieu en présence d'eau. L'efficacité d'évaporation d'une étape de réaction dépend non seulement de la pression, mais également de la surface d'évaporation, etc. Les pressions de réaction typiques dans les variantes de transacétalisation et de synthèse directe se situent entre 20 et 100 mbar.
Un autre facteur d'optimisation important est le développement de catalyseurs sélectifs dans le processus de glycosidation, inhibant ainsi, par exemple, la formation et l'éthérification du polyglucose. Comme déjà mentionné, l'acétal ou l'acétal inverse dans la synthèse Fischer est catalysé par des acides. En principe, tout acide de force suffisante conviennent à cet effet, comme l'acide sulfurique, le p-toluène et l'acide alkylbenzènesulfonique et l'acide succinique sulfonique. La vitesse de réaction dépend de l'acidité et de la concentration de l'acide dans l'alcool. Réactions secondaires qui peuvent également être catalysées par des acides ( par exemple, formation de polyglucose) se produisent principalement dans la phase polaire (eau trace) du mélange réactionnel, et les chaînes alkyles qui peuvent être réduites par l'utilisation d'acides hydrophobes (par exemple, acide alkylbenzènesulfonique) sont dissoutes principalement dans la phase la moins polaire du mélange réactionnel. mélange réactionnel.
Après la réaction, le catalyseur acide est neutralisé avec une base appropriée, telle que l'hydroxyde de sodium et l'oxyde de magnésium. Le mélange réactionnel neutralisé est une solution jaune pâle contenant 50 à 80 pour cent d'alcools gras. La teneur élevée en alcools gras est due au rapport molaire glucides/alcools gras. Ce rapport est ajusté pour obtenir un DP spécifique pour les alkylpolyglycosides industriels, et est généralement compris entre 1:2 et 1:6.
L'excès d'alcool gras est éliminé par distillation sous vide. Les conditions limites importantes comprennent :
– La teneur résiduelle en alcool gras du produit doit être<1% car autre
La solubilité et l'odeur sont judicieusement affectées.
- Pour minimiser la formation de produits de pyrolyse indésirables ou de composants décolorants, la contrainte thermique et le temps de séjour du produit cible doivent être maintenus aussi bas que possible en fonction de la longueur de la chaîne de l'alcool.
- Aucun monoglycoside ne doit pénétrer dans le distillat car le distillat est recyclé dans la réaction sous forme d'alcool gras pur.
Dans le cas du dodécanol/tétradécanol, ces besoins sont utilisés pour l'élimination des alcools gras en excès, qui sont largement satisfaits par une distillation en plusieurs étapes. Il est important de noter qu’à mesure que la teneur en alcools gras diminue, la viscosité augmente considérablement. Cela altère évidemment le transfert de chaleur et de masse lors de la phase finale de distillation.
Par conséquent, les évaporateurs minces ou à courte portée sont préférés. Dans ces évaporateurs, le film mécaniquement en mouvement offre une efficacité d’évaporation supérieure et un temps de séjour du produit plus court, ainsi qu’un bon vide. Le produit final après distillation est un alkylpolyglycoside presque pur, qui s'accumule sous forme de solide avec un point de fusion de 70℃ à 150℃. Les principales étapes du processus de synthèse des alkyles sont résumées dans la figure 5.

Selon le procédé de fabrication utilisé, un ou deux flux de cycle d'alcool s'accumulent dans la production d'alkyl polyglycoside ; les alcools gras en excès, tandis que les alcools à chaîne courte peuvent être presque entièrement récupérés. Ces alcools pourront être réutilisés dans des réactions ultérieures. La nécessité d'une purification ou la fréquence à laquelle les étapes de purification doivent être effectuées dépend des impuretés accumulées dans l'alcool. Cela dépend largement de la qualité des étapes précédentes du processus (par exemple réaction, élimination de l'alcool).
Après élimination de l'alcool gras, la substance active alkylpolyglycoside est directement dissoute dans l'eau de sorte qu'il se forme une pâte d'alkylpolyglycoside très visqueuse à 50 à 70 %. Lors des étapes de raffinage ultérieures, cette pâte est transformée en un produit de qualité satisfaisante conformément aux exigences liées aux performances. Ces étapes de raffinage peuvent comprendre le blanchiment du produit, l'ajustement des caractéristiques du produit, telles que la valeur du pH et la teneur en substance active, et la stabilisation microbienne. Dans la littérature des brevets, il existe de nombreux exemples de blanchiment réducteur et oxydatif et de processus en deux étapes de blanchiment oxydatif et de stabilisation réductrice. L'effort et donc le coût impliqué dans ces étapes de procédé pour obtenir certaines caractéristiques de qualité, telles que la couleur, dépendent des exigences de performance, des matières premières, du DP requis et de la qualité des étapes de procédé.
La figure 6 illustre un procédé de production industrielle d'alkylpolyglycosides à longue chaîne (APG C12/14) par synthèse directe)